硬件部件设计与调试

实验题目： 模拟交通灯 实验目的与要求： ⒈ 了解交通灯管理的基本工作原理 ⒉ 熟悉8259A中断控制器的工作原理和应用编程 ⒊ 熟悉8255A并行接口的各种工作方式和应用 ⒋ 熟悉8253计数器/定时器的工作方式及应用编程，掌握利用软硬件相结合定时的方法 ⒌ 掌握多位LED显示问题的解决 实验原理与方法： ? 8259、8255A和8253的工作原理： 一、8259的工作原理： 1、数据总线缓冲器:8259A与系统数据总线的接口，是8位双向三态缓冲器。CPU与8259A之间的控制命令信息、状态信息以及中断类型信息，都是通过缓冲器传送的。 2、读/写控制逻辑:CPU通过它实现对8259A的读/写操作。 3、级连缓冲器:用以实现8259A芯片之间的级连，使得中断源可以由8级扩展至64级。 4、控制逻辑电路:对整个芯片内部各部件的工作进行协调和控制。 5、中断请求寄存器IRR:8位，用以分别保存8个中断请求信号，当响应的中断请求输入脚有中断请求时，该寄存器的相应位置1。 6、中断屏蔽寄存器IMR:8位，相应位用以对8个中断源的中断请求信号进行屏蔽控制。当其中某位置“0“时，则相应的中断请求可以向CPU提出；否则，相应的中断请求被屏蔽，即不允许向CPU提出中断请求。该寄存器的内容为8259A的操作命令字OCW1，可以由程序设置或改变。 7、中断服务寄存器ISR:8位，当CPU正在处理某个中断源的中断请求时，ISR寄存器中的相应位置1。 8、用以比较正在处理的中断和刚刚进入的中断请求之间的优先级别，以决定是否产生多重中断或中断嵌套。 二、8255A的工作原理： 1、8255A的内部结构: 1) 数据总线缓冲器:这是一个双向三态的8位数据缓冲器，它是8255A与微机系统数据总线的接口。输入输出的数据、CPU输出的控制字以及CPU输入的状态信息都是通过这个缓冲器传送的。 2) 三个端口A，B和C:A端口包含一个8位数据输出锁存器和缓冲器，一个8位数据输入锁存器。B端口包含一个8位数据输入/输出锁存器和缓冲器，一个8位数据输入缓冲器。C端口包含一个8位数据输出锁存器和缓冲器，一个8位数据输入缓冲器(输入没有锁存器)。 3) A组和B组控制电路:这是两组根据CPU输出的控制字控制8255工作方式的电路，它们对于CPU而言，共用一个端口地址相同的控制字寄存器，接收CPU输出的一字节方式控制字或对C口按位复位字命令。方式控制字的高5位决定A组的工作方式，低3位决定B组的工作方式。对C口按位复位命令字可对C口的每一位实现置位或复位。A组控制电路控制A口和C口上半部，B组控制电路控制B口和C口下半部。 4) 读写控制逻辑:用来控制把CPU输出的控制字或数据送至相应端口，也由它来控制把状态信息或输入数据通过相应的端口送到CPU。 2、8255A的 工作方式: 方式0---基本输入输出方式；方式1---选通输入输出方式； 方式2---双向选通输入输出方式。 三、8253的工作原理： 8253是可编程的计数器/定时器,其内部有三个独立的16位计数器/定时器通道,每个计数器通道均可按6种不同的方式工作,并且都可以按二进制或十进制计数。其CLK0～CLK2是计数器0～2的时钟脉冲输入端, GATE0～GATE2是门控脉冲输入端, OUT0～OUT2是输出端。 ? 交通信号灯实时控制和管理的总体设计 芯片选择及端口选择 1．用实验系统8255A实现对信号灯的控制（所用端口自定）；2位数码显示用8255A实现控制。 2． 用实验系统8235的计数器2定时向实验系统主片8259A的IRQ7请求中断，以实现要求的1分钟、5秒钟和20秒的定时。实验系统8235的计数器2的CLK2接OPCLK，频率为1.19318MHZ；GATE2已接 +5V；定时采用软硬件相结合的方式实现。 3、 用实验系统的发光二极管模拟红绿灯。 注：8259A的端口地址为：218H、219H 8255A的端口地址为：端口A-200H、端口B-201H、端口C-202H、控制端口-203H 8253的端口地址为：计数器0-208H、计数器1-209H、计数器2-20aH、控制寄存器0-20bH。 本设计硬件由定时模块、发光二极管模块、数码管显示模块和紧急中断模块组成。定时模块采用硬件定时和软件定时相结合的方法，用8253定时/计数器定时100ms，再用软件计时实现所需的定时。发光二极管模块由8255控制发光二极管来实现。数码管显示模块由实验平台上的LED显示模块实现。紧急中断模块是由单脉冲发生单元和8259中断控制器组成。 ? 方案论证： 软件延时，设计简单，使用方便，但是无法进行精确计时，无法在实际应用中进行使用，本次设计采用了，定时器0进行计时，每10ms产生一个脉冲信号，可以准确的计时并方便8段数码管进行显示。 使用中断比较麻烦，在试验中需要两次加载初始化程序和中断服务程序，并且需要手工指定中断服务地址和中断向量号；但是使用中断可以进行多样化设计，强化程序功能与执行效率。 在本设计中程序每10MS请求一次中断，实现精确定时与数码管显示刷新。 程序主要是由定时子程序、发光二极管显示子程序、数码管显示子程序和中断服务程序组成。包括对8253、8255以及8259等可编程器件的编程。 实验设计思路与实现： ? 硬件设计： 本课题的设计可通过实验平台上的一些功能模块电路组成，由于各模块电路内部已经连接，用户在使用时只要设计模块间电路的连接，因此，硬件电路的设计及实现相对简单。完整系统的硬件连接如图1所示。硬件电路由定时模块、发光二极管模块、数码管显示模块和紧急中断模块组成。 定时模块是由8253的计数器0来实现定时100ms。Clk0接实验平台分频电路输出Q6，f＝46875hz。GATE0接8255的PA0，由8255输出来控制计数器的起停。OUT0接8259的IRQ2，定时完成申请中断，进入中断服务程序。 发光二极管显示模块由8255输出来控制发光二极管的亮灭。8255输出为低电平时，对应的发光二极管就点亮，否则就熄灭。8255的接口电路如图2所示。交通灯的对应关系如下： L7 PC7 13红灯 实验平台上提供一组六个LED数码管。插孔CS1用于数码管段选的输出选通，插孔CS2用于数码管位选信号的输出选通。本设计用4个数码管来倒计时。 PC BUS L6 PC6 13黄灯 L5 PC5 13绿灯 L2 PC2 24红灯 L1 PC1 24黄灯 L0 PC0 24绿灯 紧急中断模块是由单脉冲发生单元和8259中断控制器，单脉冲发生单元主要用来请求中断，然后做出紧急情况处理。 地址 CS1 译码 CS2 电路 CS3 CS4 OUT0 8253 GATE0 Clk0 Q6 PA0 8255 PC 发光二极管电路 数码管显示模块 8259 IRQ2 IRQ3 单脉冲发生单元